现代密码学_清华大学_杨波著_部分习题答案[1]

密文 C= E11,23(M)≡11*M+23 (mod 26) =[24 22 15 10 23 24 7 21 10 23 14 13 15 19 9 2 7 24 1 23 11 15 10 19 1]
= YWPKXYHVKXONPTJCHYBXLPKTB ∵ 11*19 ≡ 1 mod 26 (说明：求模逆可采用第 4 章的“4.1.6 欧几里得算法”，或者直接穷举 1~25) ∴ 解密变换为 D(c)≡19*(c-23)≡19c+5 (mod 26) 对密文 C 进行解密：
密文用数字表示为：
c=[4 3 18 6 8 2 10 23 7 20 10 11 25 21 4 16 25 21 10 23 22 10 25 20 10 21 2 20 7] 则明文为 m=3*c+22 (mod 26)
=[8 5 24 14 20 2 0 13 17 4 0 3 19 7 8 18 19 7 0 13 10 0 19 4 0 7 2 4 17]
⇒
Ri'
=
L' i −1
⊕
F
(
R' i −1
,
Ki' )
( ) ( ) ⇔
Li−1 ⊕ F (Ri−1, Ki )
'=
Li−1
⊕
F
(
R' i −1
,
Ki'
)
'
根据(i)(ii) 根据(iii)
⇔
F (Ri−1, Ki )
=
F
(
R' i −1
,
Ki' )
⇔
P(S
( E ( Ri −1 )
⊕
Ki
))
=
P(S
(
E
(
R' i −1
)
⊕
Ki'
))
⇔
E(Ri−1) ⊕ Ki
=
E
(
R' i −1
)
⊕
Ki'
根据(iii)可知 E(Ri−1) ⊕ Ki = (E(Ri−1) ⊕ Ki' )' = (E(Ri−1))' ⊕ Ki
⇔
( E ( Ri −1 ))'
⊕ Ki
=
E
(
R' i −1
)
⊕
Ki'
⇔
( E ( Ri −1 ))'
设
A
=
⎡a ⎢⎣
⎡4⎤ ⎢⎣11⎥⎦
=
⎡a ⎢⎣ c
b d
⎤ ⎥⎦
⎡3⎤ ⎢⎣14⎥⎦
(mod
26)
，
⎡13⎤ ⎢⎣ 8 ⎥⎦
=
⎡a ⎢⎣ c
b⎤ ⎡13⎤ d ⎥⎦ ⎢⎣19⎥⎦ (mod 26)
可求得
A
=
⎡10 ⎢⎣ 9
13⎤ 23⎥⎦
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密码学 – 习题与答案
M’=D(C)≡19C+5 (mod 26)
=[19 7 4 13 0 19 8 14 13 0 11 18 4 2 20 17 8 19 24 0 6 4 13 2 24] = THE NATIONAL SECURITY AGENCY
2. 设由仿射变换对一个明文加密得到的密文为 edsgickxhuklzveqzvkxwkzukvcuh，又已知明文 的前两个字符是“if”。对该密文解密。
2010
二、流密码 （1,3,4）
1. 3 级 线 性 反 馈 移 位 寄 存 器 在 c3=1 时 可 有 4 种 线 性 反 馈 函 数 ， 设 其 初 始 状 态 为 (a1,a2,a3)=(1,0,1)，求各线性反馈函数的输出序列及周期。
解：设反馈函数为 f(a1,a2,a3) = a1⊕c2a2⊕c1a3 当 c1=0，c2=0 时，f(a1,a2,a3) = a1，输出序列为 101101…，周期为 3。 当 c1=0，c2=1 时，f(a1,a2,a3) = a1⊕a2，输出序列如下 10111001011100…，周期为 7。 当 c1=1，c2=0 时，f(a1,a2,a3) = a1⊕a3，输出序列为 10100111010011…，周期为 7。 当 c1=1，c2=1 时，f(a1,a2,a3) = a1⊕a2⊕a3，输出序列为 10101010…，周期为 2。
定义 DES 中第 i 轮的主要运算为 fi，即
( ) fi (Li−1, Ri−1) = Li−1 ⊕ F (Ri−1, Ki ), Ri−1
则有，
( ) fi2 (Li−1, Ri−1) = Li−1 ⊕ F (Ri−1, Ki ), Ri−1
= fi (Li−1 ⊕ F (Ri−1, Ki ), Ri−1)
解： CBC 的加密： C0=IV, Ci=DESK[Pi⊕Ci-1], i≥2 解密： Pi=DESK-1[Ci]⊕Ci-1 , i≥1
(2) 选择明文攻击时，假设有 Ek0(x)=y，其中 x、y 分别为明文和密文，E 为 DES 加密算法， k0 为真实的密钥。
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2010
穷举搜索密钥空间 K1/2，对于某个 k∈K1/2，假设 (i) Ek(x)=y1，如果 y1=y，则说明 k0=k 而且 k0∈K1/2。 (ii) Ek(x’)=y2，如果 y2=y’，则说明 k= k0’，即 k0= k’ 而且 k0∈K’1/2。
证： (i) 容易验证，在 DES 中所有的置换操作，包括初始置换 IP、逆初始置换 IP-1、选择扩展算 法 E、置换运算 P 以及置换选择 PC1、置换选择 PC2，都满足如下性质： 如果 N=PO(M)，则 N’=PO(M’)，其中 PO 是某种置换操作 即有 (PO(M))’= PO(M’) (ii) 容易验证，密钥生成过程中的左循环移位 LS 满足如下性质： 如果 N=LS (M)，那么 N’=LS(M’)， 即有 (LS (M))’=LS(M’) 结合(1)可知，如果记子密钥为(K1,…,K16)，K 为初始密钥，KG 为密钥生成算法，则有 如下性质： 如果 (K1,…,K16)=KG(K)，那么 (K1',…,K16')=KG(K’) (iii) 对于任意两个比特 a 和 b，有 (a⊕b)’= a⊕b⊕1=(a⊕1)⊕b=a’⊕b（= a⊕(b⊕1)=a⊕b’）， 因此对任意两个长度相等的比特串 A 和 B，有(A⊕B)’=A’⊕B=A⊕B’成立。
比特有无可能是 1，为什么？
解： 根据题目条件，可知初始状态 s0 为：
s0 = (a1, a2 ,L, am−1, am ) = (0,1,..., 0,1) 设该 LFSR 的输出序列满足如下递推关系：
注：s个01
am+k = c1am+k−1 + c2am−1 + Lcmak , 则第 m+1, m+2 个比特为：
1
1
(1,0,1,1)
1
1
(0,1,1,1)
1
0
(1,1,1,1)
0
1
(1,1,1,0)
1
1
(1,1,0,1)
1
1
…
…
…
因此，输出序列为 11011 11011 …，周期为 5。
4. 密钥流由 m=2s 级的 LFSR 产生，前 m+2 个比特是(01)s+1，即 s+1 个 01，请问第 m+3 个
= ifyoucanreadthisthankateahcer
4. 设多表代换密码 Ci ≡ AMi + B (mod 26) 中，A 是 2×2 矩阵，B 是 0 矩阵，又知明文“dont” 被加密为“elni”，求矩阵 A。 解： dont = (3,14,13,19) => elni = (4,11,13,8)
( ) = (Li−1 ⊕ F (Ri−1, Ki )) ⊕ F (Ri−1, Ki ), Ri−1
= (Li−1, Ri−1) 即 fi2 = I 。
DES 的加密为： c = DES(m) = IP−1 ⋅ f16 ⋅ (T ⋅ f15 ) ⋅L⋅ (T ⋅ f1 ) ⋅ IP(m)
… (*)
解密为： DES −1(c) = IP−1 ⋅ f1 ⋅ (T ⋅ f2 ) ⋅L⋅(T ⋅ f16 ) ⋅ IP(c) … (#)
1. 设仿射变换的加密是 E11,23(m)≡11m+23 (mod 26)，对明文“THE NATIONAL SECURITY AGENCY”加密，并使用解密变换 D11,23(c)≡11-1(c-23) (mod 26) 验证你的加密结果。 解：明文用数字表示：M=[19 7 4 13 0 19 8 14 13 0 11 18 4 2 20 17 8 19 24 0 6 4 13 2 24]
( ) (iv)
DES
的轮变换为
⎧⎪Li
⎨ ⎪⎩
Ri
= =
Ri−1 Li−1
⊕
F
Ri−1, Ki
，其中轮函数 F 可写为
F ( R, K ) = P(S(E(R) ⊕ K )) 。 因此有如下推理：
Y = DESK ( X ) ⇒ Y ' = DESK ' ( X ')
⇔
Ri = Li−1 ⊕ F (Ri−1, Ki )
=
E
(
R' i −1
)
由(i)知此式成立
(2) 对 DES 进行穷举搜索攻击时，需要在由 256 个密钥构成的密钥空间进行。能否根据(1) 的结论减少进行穷搜索攻击时所用的密钥空间。
解：(1) 根据取补的性质，密钥空间 K 可分成两部分 K1/2 和 K’1/2，即 K= K1/2∪K’1/2 对于任意一个 k∈K1/2，它的取补 k’∈K’1/2；对于任意一个 k∈K’1/2，它的取补 k’∈ K1/2。即，K1/2 和 K’1/2 是一一对应的；它们的空间大小都是 256/2=255。